▲ 박지환 엠티아이지 부사장.

탄탈륨(Tantalum, Ta)은 융점이 2996℃, 밀도가 16.6g/㎤인 5A족의 금속으로서 높은 전하량과 낮은 저항온도계수, 안정된 비저항 그리고 우수한 내부식성을 지니고 있어 휴대폰, 노트북 등의 핵심소재인 소형 콘덴서 재료나 항공기, 제트엔진 부품, 의료용 소재, 발전용 가스터빈 등에서 널리 쓰이고 있다.

최근에는 반도체 공정에서 사용하는 박막을 제조하기 위한 타깃 재료로서의 사용이 급증하고 있다.

탄탈륨은 콩고, 르완다와 같은 중앙아프리카의 분쟁지역에서 산출되는 대표적인 분쟁광물로 2010년 미국은 분쟁광물 규제를 신설해 분쟁광물 사용규제를 강화해 천연자원 수급에 어려움이 발생하고 있다.

이러한 이유로 대한민국 정부에서는 자원수급 위기를 극복하고자 해외 금속자원 확보, 국내 부존 자원개발 및 비축 증대, 금속 재활용 활성화 등의 다양한 정책을 펼치면서 폐금속자원 재활용률을 2010년 35.8%에서 2013년까지 55%, 2020년까지 75%로 제고하고 재활용 기술 및 관련 산업의 선진화를 추진하고 있다.

국내 탄탈륨 스크랩 발생량은 2015년 196톤으로 400$/kg 이하의 저렴한 가격으로 전량 해외로 반출되고 있으며 수출된 탄탈륨 스크랩은 해외에서 재활용되어서 800$/kg 이상의 높은 가격으로 국내에 다시 수입되고 있다.

이렇게 반출되는 스크랩을 국내에서 재활용하는 기술이 상용화된다면 기존의 높은 탄탈륨 수입 의존도가 낮아지고 국내 폐자원 선순환 구조를 구축하고 탄탈륨 분말의 국산화 기술력을 확보할 수 있다.

‘2016 자원순환 이노베이션로드맵’에서는 탄탈륨을 재자원화 기술개발 중요도가 높은 금속으로 분류했으며, 국내 스크랩을 재활용해 탄탈륨 분말 및 합금소재를 생산할 수 있는 기술개발이 이뤄질 경우, 국내 첨단산업에 필요한 자원수급의 안정화와 더불어 부가가치 창출을 통한 업계의 수익성 향상을 동시에 꾀할 수 있을 것으로 예측했다.

현재까지 국내에서 탄탈륨 스크랩의 재자원화율은 0%이며 전자부품의 콘덴서 등에서 발생하는 탄탈륨 스크랩은 함유량과 순도가 낮아 경제성이 떨어져서 많은 연구가 있었지만 아직까지 상용화된 사례가 없는 것으로 확인됐다.

따라서 탄탈륨의 순도가 높은 탄탈륨 금속 스크랩을 중심으로 재활용 공정을 통해 고순도 탄탈륨 분말을 제조하는 기술 및 상용화 기술 연구가 필요하며 이를 재자원화시 약 연 500억 이상의 신규 시장 창출이 가능할 것으로 예측된다.

▲ 2014년 국가별 탄탈륨 생산량.

스크랩 재자원화 0%, 스크랩 수출價 2배에 재수입

에기평 ‘고부가 탄탈륨 상용화’ 과제, 年 500억 기대

현재까지 국내에서는 산업통상부를 중심으로 탄탈륨 제조 및 정제와 관련하여 광물자원/전처리기술/소재화기술/재자원화 기술과 관련된 연구가 추진됐지만 E-beam 등의 고가장비를 사용하거나 습식공정 중심의 lab scale 연구가 주로 이뤄져서 실질적으로 산업화 되거나, 상용화되지 않아서 4N급 이상의 고순도 탄탈륨 분말을 제조하는 상용화 기술개발은 아직 미흡한 실정이다.

특히 재자원화 기술의 경우, 저급 산화 탄탈륨 및 폐콘덴서 등의 탄탈륨 함유 물질로부터 탄탈륨 회수 및 분리하는 연구가 진행됐지만 불산을 이용한 습식공정기반의 연구이기 때문에 공정비용이 높아 상용화에 이루지 못한 실정이다.

반면에 해외 선진국에서는 탄탈륨 재활용과 관련된 기술개발이 많이 이뤄진 상황이며 특히 독일, 호주, 중국의 Stark, GAM, Ningxia에서는 사용 후 탄탈륨의 재활용과 관련돼서 상용화된 기술을 가지고 있다.

상용공정은 응용제품에 따라 최적화된 공정이 적용이 가능할 뿐만 아니라 광석으로부터 탄탈륨 회수가 가능하다는 장점을 지니고 있으나, 불산 및 용매추출시 사용되는 유기용매에 따른 환경적인 부하가 높다는 단점을 지니고 있다.

한국에너지기술평가원에서는 (주)엠티아이지(책임자 : 박지환 박사)를 주관기관, ㈜한국피지엠(박봉수 대표), 포항산업과학기술원(이고기 박사), 한국생산기술연구원(박경태 박사), 고등기술연구원(윤진호 박사), 서울과학기술대학교(박일규 교수), ㈜엔에이티엠(김인호 대표)을 참여기관으로 하는 ‘탄탈륨 금속스크랩으로부터 고부가가치 산업용 탄탈륨 소재 상용화기술 개발’ 사업을 2016년 상반기에 선정했다.

본 연구를 통해 개발된 4N급 고순도 탄탈륨 분말은 연간 약 30톤의 탄탈륨 타깃 적용이 가능할 것으로 생각되며 기존의 수입제품과 동등한 성능이 확보되면서 80% 이하의 낮은 가격으로 납품 가능할 것으로 예상된다.

또한 TaC 분말은 연간 50톤 이상이 수입되고 있으며 본 과제에서 개발된 TaC 분말을 국내 초경공구 생산 업체에 판매할 예정이다.

이러한 연구 결과를 통해서 개발 종료 3년 후에는 약 500억원/년 이상의 새로운 시장이 창출되고 금속탄탈륨 스크랩의 재자원화율을 10% 이상 확보할 것으로 기대된다.

▲ Tantalum target scrap.

▲ Tantalum turnings scrap.

▲ Tantalum foil scrap.

▲ 탄탈륨 금속 스크랩의 value chain.